大型直驱永磁风力发电机及其并网运行研究

为了研究大型直驱式永磁风力发电机控制及其并网后在电力系统中的运行,建立了风速模型、发电机模型,对直驱式永磁风力发电机的工作原理进行了研究,对风力发电机接入电网运行进行了分析,并对最大功率跟踪和桨距角控制进行了研究.采用理论分析与计算机仿真方法,给出了仿真结果.结果表明,直驱永磁风力发电机在低于额定风速时可以跟踪最大功率,高于额定风速时可以保持额定功率;直驱式永磁风力机对故障电流无贡献,对电网谐波影响很小,几乎不存在闪变问题,对电网频率稳定性无贡献.     

基于改进网侧控制策略的半直驱风电系统FFRT研究

[目的]为改进半直驱风电系统的故障电压穿越（Flexible Fault Ride Through, FFRT）能力,提出采用电网故障时无功优先的改进网侧控制策略。[方法]在分析传统网侧控制策略的基础上,根据最新的故障电压穿越能力测试规程在传统网侧控制加入无功优先控制,在电网暂态故障期间优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复。根据改进网侧控制策略,对电网深度跌落和升高时采用卸荷电路结合改进网侧控制策略实现了风电机组的FFRT仿真运行,结合某项目6 MW半直驱风电机组,采用移动故障电压穿越测试设备进行故障电压现场测试。[结果]测试和仿真结果表明,改进网侧控制策略可提升半直驱风电系统的FFRT运行,无功电流稳定控制。[结论]改进网侧控制策略可在多种对称低电压/高电压故障工况和不对称高电压故障工况下优先向电网注入对应的稳定无功电流,有利于辅助电网电压恢复和提升半直驱风电系统的FFRT能力。     

并网永磁直驱风电机组故障穿越能力仿真研究

随着电力电子器件成本下降,拥有全功率变换器的永磁直驱风机成为各国关注热点。风电场容量不断增大,要求风电机组具有故障穿越能力。本文以直驱同步风电发电机组为研究对象,利用matlab/simulink搭建了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组故障穿越能力进行仿真研究,试验结果表明：在风电场接入点发生故障时,直驱同步风电机组具有故障穿越功能。尤其在电网发生电压跌落时,直驱风机能为系统提供一定的无功支撑。有效防止系统电压过多降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

直驱式风电场并网动态等值研究

随着直驱式风力发电机在电网中的比例增加,研究其精确的动态等值模型越来越重要。根据直驱式风力发电机的输出特性,提出了基于风速分群的多机等值方法。在等值计算中,考虑了直驱式风电机组并网时变压器和集电线路对等值效果的影响,并计及了尾流效应对风机输入风速的影响。所提等值方法适合于直驱式风电场并网的分析计算,具有实际工程的应用价值。     

双馈风电机组接入地区电网后的电压稳定分析

利用PSASP软件的UPI接口程序模块．在PSASP中建立了双馈风电机组模型,以两个实际的地区电网为例,研究双馈风电机组接入地区电网后对电网电压的影响,结果表明：双馈风电机组提高了地区电网的静态电压水平：双馈风电机组在故障后能够减少系统所需的无功储备,从而有利于地区电网的电压稳定;风速的波动对地区电网的电压有影响,但一般不会影响其暂态稳定性。     

考虑变直流母线电压参考值的直驱风电机组高电压穿越控制策略

针对风电机组高电压脱网问题,提出了一种考虑变直流母线电压参考值与网侧无功优先控制相结合的HVRT控制策略。该策略在电压轻度骤升时,通过优化无功电流给定值,快速向故障电网注入感性无功电流;电压深度骤升时,改变直流母线电压参考值,抑制直流侧电压波动。最后,在Simulink中搭建了1.5 MW直驱永磁风电机组仿真模型,在不同电压骤升幅度下对文章所提控制策略进行验证,结果表明,该控制策略能在不同电压骤升幅度下实现机组的HVRT,且避免Chopper电路的频繁动作,提高了机组稳定运行的能力。     

基于PSCAD的永磁直驱风电机组简化模型研究

针对风电机组的电磁暂态模型求解耗时长、仿真计算工作量大、数值收敛性差等不足,在研究直驱机电暂态及运行控制方式的基础上,利用PSCAD仿真工具构建了直驱风电机组简化模型,并分别在恒定风速、阶跃风速和电网故障三种工况下进行了仿真验证。结果表明,基于PSCAD的直驱风电机组简化模型可行、有效,在保证一定的计算精度下,可大幅提高计算速度,且当风机台数增加时,速度提高更加明显。     

基于VSG的永磁直驱风电机组惯量支撑控制策略

风电并网容量比重不断加大,减弱了系统的调频能力与惯量支撑能力,电网失稳日益严重。针对这些问题提出了基于虚拟同步机（VSG）的永磁直驱风电机组的控制方案。模仿同步机的功频控制特点,使系统具有惯量响应能力。风电机组经PWM变流器并网,在机侧变流器利用直流电压外环和电流内环控制,维持直流母线电压稳定,VSG从网侧变流器接入,通过设计有功频率和无功电压控制方案,对系统进行调频、调压。使用Matlab软件搭建模型,调整仿真参数,仿真结果表明,该控制方案使系统可以模拟同步发电机的惯量响应特性,能够有效地解决由于风速或者电网负荷改变引起的频率震荡问题。     

风力发电系统暂态功率控制仿真模型

等值风电机组功率暂态响应参数优化,能够有效提高电力系统暂态过程的稳定性能。传统仿真软件缺少准确的风力发电系统暂态参数及其控制模型,在一定程度上影响了分析大规模风电接入后电网暂态过程响应特性的准确度。文章提出一种计及特定风速条件下风电机组有功和无功输出限制的风电系统功率暂态控制模型。该模型由风电系统有功出力控制、无功出力控制及功率极限优化控制3部分组成。利用ADPSS仿真平台搭建了针对风电系统暂态过程的控制模型,并对风电与火电并网系统进行仿真分析。仿真结果表明,该控制模型能够有效地提高大规模风电接入条件下的电力系统暂态响应特性。     

恒速风电机组对电网暂态电压稳定性的影响

基于恒速风电机组的结构,给出风电机组各部分的数学模型,利用仿真软件DIgSILENT/PowerFactory建立恒速风电机组的动态模型,并利用该模型在WSCC 3机9节点算例中仿真恒速风电机组并网运行时因风速变化引起的电网电压波动,通过极限切除时间分析恒速风电机组并网对电网暂态电压稳定性的影响,并与接入相同容量的同步机组进行比较。结果表明,恒速风电机组的接入降低了电网的暂态电压稳定性,且接入恒速风电机组装机容量越大,电网的暂态电压稳定性越差。由此提出改善恒速风电机组并网后电网暂态电压稳定性的建议。     

Flicker study on variable speed wind turbines with doubly fed induction generators

Grid connected wind turbines may produce flicker during continuous operation. This paper presents a simulation model of a MW-level variable speed wind turbine with a doubly fed induction generator developed in the simulation tool of PSCAD/EMTDC. Flicker emission of variable speed wind turbines with doubly fed induction generators is investigated during continuous operation, and the dependence of flicker emission on mean wind speed, wind turbulence intensity, short circuit capacity of grid and grid impedance angle are analyzed. A comparison is done with the fixed speed wind turbine, which leads to a conclusion that the factors mentioned above have different influences on flicker emission compared with that in the case of the fixed speed wind turbine. Flicker mitigation is realized by output reactive power control of the variable speed wind turbine with doubly fed induction generator. Simulation results show the wind turbine output reactive power control provides an effective means for flicker mitigation regardless of mean wind speed, turbulence intensity and short circuit capacity ratio.     

基于直流电机的风力机模拟技术研究

分析了风力机的运行原理,建立了风力机模型,制定了简单有效的转速、转矩控制模拟方案,搭建了基于DSP的直流电机风力机模拟平台,应用LabWindows/CVI开发了上位机界面。该风力机模拟系统应用于并网型变速恒频交流励磁双馈风力发电系统,实现了模拟风力机在不同风速、转速下的运行状态,满足了双馈发电机在同步、超同步、亚同步状态下运行以及进行风电系统最大风能追踪等方面研发的需要,可方便用于实验室条件下风电技术的研究。     

双馈风力发电用交直交变流器控制策略的研究

概述了变速恒频双馈风力发电用交直交变流器的工作原理,转子侧变流器采用基于最大功率点跟踪的并网发电解耦控制策略,网侧变流器采用基于固定开关频率与电网电动势前馈相结合的双闭环控制策略,构建了110kW变速恒频双馈风力发电模拟平台,经过实验结果分析验证了上述控制策略的有效性和可行性。     

风能转换系统的动态矩阵控制

在实际的变速变桨风力机系统中,模型的强非线性、满负载工况下不稳定的风速及系数参数测量误差的存在,使传统的控制方法难以取得满意的控制效果,因此针对满负载工况下的风能转换系统提出了一种基于多变量动态矩阵控制的控制策略,先构建风能转化系统模型,将时变非线性模型在平衡点处线性化,得到其输入输出偏移量的线性化模型;再利用动态矩阵算法,间接控制发电机转速与功率在额定值处稳定;最后在风轮与电机转动惯量测量误差为40%的情况下进行仿真。结果表明,所得动态矩阵控制器具有较小的波动与较好的鲁棒性,能有效减小系统参数误差的影响,可在安全的工作范围内提供期望的性能,有助于提高电力系统的效率和电能质量。     

PSCAD/EMTDC-Based Modeling and Analysis of a Gearless Variable Speed Wind Turbine

This paper presents dynamic modeling and simulation of a grid connected variable speed wind turbine (VSWT) using PSCAD/EMTDC, a widely used power system transient analysis tool. The variable speed wind system with a direct-drive generator and power electronics interface is modeled for dynamic analysis. Component models and equations are addressed and their implementations into PSCAD/EMTDC are described. Controllable power inverter strategy is intended for capturing the maximum energy from varying wind speed and maintaining reactive power generation at a pre-determined level for constant power factor or voltage regulation. The component models and entire control scheme are constructed by user-defined function provided in the program. Simulation studies provide control performance and dynamic behavior of a gearless VSWT under varying wind speeds. In addition, the system responses to network fault conditions have been simulated. This modeling study can be employed to evaluate the control scheme, output performance and impacts of a VSWT on power grid at planning or designing stage.     

兆瓦级变速恒频风电机组变速控制策略的研究

针对变速恒频风电机组的变速控制策略进行了研究,并以兆瓦级变速恒频风电机组为模型,对几种变速控制策略进行了仿真.在对仿真结果进行了讨论分析的基础上,结合大型变速恒频风电机组的整机特点和控制方法的可行性,该文采用了功率闭环的变速控制策略;最后在自主研发的1.5MW变速恒频风电机组控制系统及变流器样机上对变速运行的功率控制策略进行了大量实验和长期的现场试运行,验证了所提出的变速控制策略的可行性与实用性.     

风力发电机组的空气气动力特性和发电机的控制

首先研究风力发电机组的空气动力特性,确定风力发电机组的最优工作点以及在各种风速下的控制策略;然后参照风能利用系数的特点确定自寻优控制策略;最后讨论了发电机的两种控制方式,即转速控制方式和力矩控制方式,结合空气动力学确定对双馈电机所采取的控制环节以实现最优工作点跟踪。     

Power decoupling control of DFIG rotor-side PWM converter based on auto-disturbance rejection control

In this paper, double PWM converter AC excitation system of the variable speed constant frequency doubly fed induction generator (DFIG) for wind power generation is taken as the research object. At present, most vector control systems of rotor-side PWM converter adopt feedforward compensation to realize the purpose of power decoupling control. The decoupling effect is greatly affected by the power changes. A power decoupling control strategy based on auto-disturbance rejection control (ADRC) is proposed. The decoupling control between active power and reactive power is realized by observing the coupling term and the total disturbance of the d-axis and q-axis components of the stator current and the stator voltage with the extended state observer and compensating. Simulation analysis and experimental test show that, on the basis of vector transformation, the rotor-side PWM converter power decoupling control based on ADRC has a small overshoot and fast dynamic response when tracking the change of wind turbine input power, which can achieve the decoupling control between active power and reactive power well. The system has strong robustness and adaptability.     

极端风况下双转子风力机降载复合控制策略

为降低双转子风力机在极端风况下的大波动载荷,基于双转子风力机气动与控制仿真系统,提出了基于独立变桨自抗扰控制器和偏航模糊控制器的降载复合控制策略,并分析了正常风况和极端风况下该策略的控制效果。结果表明：与传统PID独立变桨控制相比,在极端运行阵风和极端湍流模型下,独立变桨自抗扰控制方法使叶根挥舞弯矩标准差减小18%以上;与传统恒速偏航控制相比,在极端风向变化下,偏航模糊控制方法使偏航轴承滚动力矩标准差减小约27%。降载复合控制策略有效降低了极端风况下双转子风力机的大载荷,抑制了功率波动。     

Operation and coordinated control of fixed and variable speed wind farms

This paper will describe the possibilities of coordinated control and management for different wind farm concepts to guarantee that operational set points of active and reactive power, specified by the Spanish transmission system operator (TSO), are reached. This coordinated control has been designed and implemented by a hierarchical and robust control structured from a central control level to each wind farm control board and finally to an individual wind turbine level. This article will demonstrate that both technologies, fixed and variable speed based wind farms can contribute to power and voltage control. In particular, this paper will deal with the use of under-load tap changing transformers in the point of common coupling of the wind farm with the grid, and the reactive power compensation by means of convectional mechanical switched capacitors enhancing the integration of the fixed speed wind farms in the power system.